Проектирование хоккейного стадиона

Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра Строительных Конструкций


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине «Конструкции из дерева и пластмасс»

на тему «Проектирование хоккейного стадиона»


Выполнил:

Семёнов К.В.


Проверил:

Фаизов И.Н.


Пермь 2009

Задание на проектирование


Рис. 1 - Геометрическая схема конструкции


Таблица 1 - Задание


 Наименование величин
Н № схемы 2 (Хоккейный стадион)
Е Место строительства г. Соликамск
С Шаг конструкций 3,5 м
Т Расчетный пролет 18 м
Е Высота f/l= 1/2
Р Длина здания 55 м
О Тип панели покрытия Асбестоцемент
В Средний слой панели Пенополиуретан

1.Компоновка плиты


Плиты покрытия укладываются непосредственно по несущим конструкциям, длина плиты равна шагу несущих конструкций – 3,5 м.

Ширина плиты принимается равной ширине плоского асбестоцементного листа по ГОСТ 18124 – 1,5 м. Толщина листа – 10 мм.

Асбестоцементные листы крепятся к деревянному каркасу шурупами диаметром 5 мм и длиной 50 мм через предварительно просверленные и раззенкованные отверстия.

Высота плиты h

Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер.

Ребра принимаем из ели 2-го сорта.

Толщину ребер принимаем 50 мм.

По сортаменту принимаем доски 50*150 мм.

После острожки кромок размеры ребер 50*145 мм.

Шаг продольных ребер конструктивно назначаем 50 см.

Поперечные ребра принимаются того же сечения, что и продольные и ставятся в местах стыков асбестоцементных листов. листы стыкуются на «ус». Учитывая размеры стандартных асбестоцементных листов ставим в плите два поперечных ребра. Пароизоляция – окрасочная по наружной стороне обшивки.

Окраска производится эмалью ПФ-115 за 2 раза.

Вентиляция в плитах осуществляется вдоль плит через вентиляционные отверстия в поперечных ребрах.


1.1 Теплотехнический расчет плиты


Место строительства: г. Соликамск

Температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92:

text=-37°С;

Средняя температура наружного воздуха отопительного периода:

tht=-6,7°С;

Продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой ≤8°С: zht=245 суток;

Расчетная средняя температура внутреннего воздуха: tint=12°С;

Зона влажности: 3 (сухая);

Влажностный режим помещений: влажный (75%);

Условия эксплуатации: Б (нормальный);

Расчетные формулы, а также значения величин и коэффициентов приняты по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».


Наименование слоя

Рулонный ковёр (2 слоя рубероида) 600 0,010 0,17 0,059
Асбоцементный лист 1800 0,010 0,52 0,019
Пенополиуретан ТУ 67-87-75 40 Х 0,04
Асбоцементный лист 600 0,010 0,52 0,019

Принимаем толщину утеплителя 80 мм.

1.2 Сбор нагрузок на плиту (кН/м2)


Сбор нагрузок выполняем в табличной форме:


N п/п Наименование нагрузки Единицы измерения Нормативная нагрузка gf Расчетная нагрузка
I Постоянные:



1 Кровля 2 слоя рубероида кН/м2 0,100 1,3 0,130
2

Собственный вес продольных ребер:

кН/м2 0,098 1,1 0,108
3

Собственный вес поперечных ребер:

кН/м2 0,033 1,1 0,036
4

Верхняя и нижняя обшивки из асбоцементного листа:

 кН/м2 0,36 1,1 0,396
5

Утеплитель: Пенополиуретан

кН/м2 0,032 1,2 0,038
ИТОГО: qпокр кН/м2 0,623
0,708
II Временные: кН/м2 3,91
5,58
6

Снеговая



7

Ветровая

кН/м2

 кН/м2 0,105 1,4 0,147
ВСЕГО q кН/м2 4,638
6,435

1.3 Снеговая нагрузка


Полное расчетное значение снеговой нагрузки S на горизонтальную проекцию покрытия определяем по формуле

Sg=3,2 кН/м2 – расчетное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли (г. Соликамск – V снеговой район);

Схему распределения снеговой нагрузки и значения коэффициента m принимаем в соответствии с приложением 3 СНиП Нагрузки и воздействия [1], при этом промежуточные значения коэффициента m определяем линейной интерполяцией (рис. 2).


Рис. 2 - Схема распределения снеговой нагрузки


m1 = cos 1,8a;

m2 = 2,4 sin 1,4a,

где a - уклон покрытия, град

sin 50 = l1/R =>

l1= R ∙ sin 50= 9000∙ 0,766= 6900 мм ≈ 7000 м

sin a = 6000/9000=0,667; a=42о; m1= cos(1,8∙42) = 0,25; m2= 2,4 sin(1,4∙42) = 2,05;

sin a = 4000/9000=0,444; a=26о; m1= cos(1,8∙26) = 0,67; m2= 2,4 sin(1,4∙26) = 1,44;

sin a = 2000/9000=0,667; a=13о; m1= cos(1,8∙13) = 0,92; m2= 2,4 sin(1,4∙13) = 0,74;


1.4 Ветровая нагрузка


Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли



w0= 0,30 – нормативное значение ветрового давления;

(г. Соликамск – II ветровой район)

k = 1,0 (z = 9 м)– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности;

(местность тип В – городские территории, лесные массивы и другие местности равномерно покрытые препятствиями)


Высота z, м Ј 5 10
Коэффициент k 0,5 0,65

сe - аэродинамический коэффициент внешнего давления, принимаем по обязательному приложению 4 СНиП Нагрузки и воздействия [1], где стрелками показано направление ветра. Знак «плюс» у коэффициентов сe соответствует направлению давления ветра на соответствующую поверхность, знак «минус» - от поверхности. Промежуточные значения нагрузок следует определять линейной интерполяцией.

gf – коэффициент надежности по нагрузке. gf = 1,4

Ветровую нагрузку находим на двух участках

1 участок - ;

2 участок -

На каждом участке находим средний коэффициент:



- протяженность участка с однозначной эпюрой на определенном участке.

- тангенс угла наклона эпюры ветрового давления на участке с однозначной эпюрой (рис. 3).

;

;

;

;

;

Рис. 3 - Схема аэродинамических коэффициентов и коэффициентов k


Расчетное значение ветровой нагрузки

;

;

;


1.5 Статический расчет


Наиболее нагруженными являются два промежуточных ребра, так как нагрузка, воспринимаемая ребром, собирается с двух полупролетов справа и слева от ребра (рис. 4).

Рис. 4 - Поперечное сечение плиты

Ширина площадки опирания на верхний пояс несущей конструкции 8 см, расчетный пролет плиты: .

Плита рассчитывается как балка на 2-х опорах.

Равномерно распределенная нагрузка на расчетное среднее ребро равна

= 6,435·0,48 = 3,09 кН/м2;

Расчетный изгибаемый момент: ;

Поперечная сила: ;


1.6 Определение геометрических характеристик расчетного сечения плиты


Расчет конструкции плиты выполняем по методу приведенного поперечного сечения в соответствии с п.4 СНиП 2.03.09-85 Асбоцементные конструкции [1].

В соответствии с п. 4.3 [1] для сжатых обшивок принимаем часть обшивки, редуцируемой к ребру:

= 18 см, с двух сторон – 36 см;

= 25 см, с двух сторон – 50 см, т.е. сечение получается несимметричным (рис. 5).


Рис. 5 - Расчетное сечение плиты

Отношение модуля упругости обшивки к модулю упругости каркаса равно:

na= = =(1,4·104)/(1·104) = 1,4.

Определяем положение нейтральной оси сечения по формуле без учета податливости соединений ребер каркаса с обшивками



Отношение модуля упругости обшивки к модулю упругости каркаса равно:

= =(1,4·104)/(1·104) = 1,4.

Yо=(19,5·6·(19,5/2+1)+1,4·36·1·(19,5+1+1/2)+1,4·50·1·0,5)/[19,5·6+(36+50)·1,4]=9,90 см.

Определяем моменты инерции каркаса и обшивок.

Собственный момент инерции каркаса

= 6·19,53/12 = 3707 см4.

Момент инерции каркаса относительно найденной нейтральной оси

= 3707 + 19,5·6· (19,5/2+1 – 9,9)2 = 3792 см4.

Моменты инерции обшивок относительно нейтральной оси:

= [36·13/12 + 36(1+19,5+0,5 – 9,9)2]1,4 = 6214 см4;

= [50·13/12 + 50(9,9 –0,5)2]1,4 = 6191 см4.

Суммарный момент инерции сечения:

= 3792 + 6214 + 6191 = 16197 см4.

Шурупы в плите расставлены с шагом 200 мм, т.е. =9 – число срезов шурупов на половине пролета (3500/(2·200)=8,75).

Статические моменты относительно нейтральной оси будут равны:

= 36(1+19,5+0,5 – 9,9)1,4 = 559,4 см3;

= 50(9,9 – 0,5)1,4 = 658 см3.

Определяем коэффициент податливости соединений т (= 1 шурупы из стали, = 62·10-5 при диаметре шурупов 0,4 см):



Определяем :

т >, т.е. для расчета прочности каркаса принимаем т ==0,194;

для расчета прочности обшивок принимаем т = 0,44.

Положение нейтральной оси определяем с учетом коэффициента податливости соединений ребер каркаса с обшивками при т = 0,44, т.е. при т для определения напряжений в обшивках.

Определяем положение нейтральной оси:

см.

Моменты инерции будут равны:

= 3707 + 19,5·6·(19,5/2+1 – 10,2)2 = 3742 см4;

= [36·13/12 + 36·(1+19,5+0,5 – 10,2)2]·l,4 = 5883 см4;

= [50·13/12 + 50·(10,2 – 0,5)2]·1,4 = 6592 см4.

Для определения напряжений в ребре каркаса положение нейтральной оси определяем при = 0,194:

см.

Моменты инерции:

= 3707 + 19,5·6·(19,5/2+1 – 10,5)2 = 3711 см4;

= [36·13/12 + 36(1+19,5+0,5 – 10,5)2]l,4 = 5561 см4;

= [50·13/12 + 50(10,5 – 0,5)2]1,4 = 7723 см4.



= 3711 + 0,442(5561 + 7723) = 6283 см4.


1.7 Напряжение в ребре каркаса и обшивках


Определяем коэффициент для определения напряжений в обшивках:

Определяем напряжения в обшивках:

в нижней обшивке

кН/см2;

в верхней обшивке

кН/см2;

Определяем напряжения в каркасе.

Определяем коэффициент :

В растянутой зоне ребра

кН/см2

В сжатой зоне ребра

кН/см2

Статический момент относительно сдвигаемого сечения равен

= 50·1,4(10,5– 0,5) + 6·9,5·4,75 = 970,75 см3.

Приведенный момент инерции равен:

= 3711 + 0,1942· (5561+7723) = 4211 см4;

= (5,28·970,75)/(4211·6) = 0,145 кН/см2.


1.8 Проверка прочности элементов плиты


Прочностные показатели материалов

В соответствии с ГОСТ 18124 – 75* первый сорт прессованного асбестоцементного плоского листа имеет временное сопротивление изгибу 23 МПа. Временное сопротивление изгибу для расчета плиты, равное 23•0,9 = 20,7 МПа. Принимаем значения расчетных сопротивлений асбестоцемента, соответствующие временному сопротивлению изгиба 20 МПа (Rc = 30,5 МПа, Rt = 8,5 МПа и Rst = 14,5 МПа).

Расчетные сопротивления следует умножить на коэффициент условия работы

Тогда = 3,05·0,7 = 1,83 кН/см2;

= 0,85·0,7 = 0,6 кН/см2;

= 1,45·0,7 = 1,5 кН/см2.

Определение расчетных сопротивлений каркаса и производится по СНиП II–25–80 "Деревянные конструкции" для древесины II категории расчетное сопротивление древесины вдоль волокон сжатию = 13 МПа, растяжению = 10 МПа, скалыванию = 1,6 МПа.

Проверки прочности элементов плиты:

в обшивке

0,45 кН/см2< =1,83 кН/см2;

0,41 кН/см2< = 0,6 кН/см2;

в ребре каркаса

1,18 кН/см2 < = 1,3 кН/см2;

1,02 кН/см2 ≈= 1,0 кН/см2;

= 0,145 кН/см2< = 0,16 кН/см2.


1.9 Расчет и проверка прогиба плиты


Изгибная жесткость

= 6283·104 МПа·см4

Равномерно распределенная нормативная нагрузка на равна

= 4,638·0,48 = 2,23 кН/м;

Максимальный прогиб плиты

(5/384)(2,23·3504·0,5)/(6283·104·100) = 0,07 см.

Предельный прогиб

0,07 см < (l/250)=1,4 см.

Вывод:

Подобранное сечение удовлетворяет условиям прочности и жесткости.

2. Расчет арки


Хоккейный стадион пролетом 18 м представляет собой круговую арку. Геометрическая схема – трехшарнирная статически определимая арка.


2.1 Сбор нагрузок на несущие элементы арки


Несущий элемент арки – клееная деревянная балка прямоугольного сечения.

Шаг арок – 3,5 м.

Ширина сбора нагрузок – 3,5 м.


2.2 Постоянные нагрузки


Нормативная нагрузка от собственной массы несущей конструкции вычисляется приблизительно по эмпирической формуле:

=(0,623+ 3,91) / [1000/ (7∙ 18) - 1]= 0,65 кН/м2;

kсм= 7 – коэффициент собственной массы конструкции;

кН/м2 – нормативная нагрузка от массы покрытия;

кН/м2 – нормативная снеговая нагрузка;


2.3 Погонные нагрузки на полуарку


Нормативная постоянная

кН/м;

Расчетная постоянная

кН/м;

Расчетная снеговая нагрузка (рис. 6, 7, 8)

кН/м;


Рис. 6 - Эпюра продольных сил (постоянная нагрузка)


Рис. 7 - Эпюра продольных сил (2 снеговая нагрузка)


Рис. 8 - Эпюра продольных сил (ветровая нагрузка)

2.4 Расчет сочетаний нагрузок


Расчет сочетаний усилий производим по правилам строительной механики на ЭВМ с использованием расчетного комплекса «Лира Windows 9.0»

Сочетание нагрузок

Расчетные сочетания усилий принимаются в соответствии с п.п. 1.10.-1.13.СНиП [1]. Расчет ведется на одно или несколько основных сочетаний.

Первое сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 1 снеговой нагрузок:


qI= g + S, кН/м


Второе сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 1 снеговой нагрузок совместно с ветровой нагрузкой:


qII= g + 0,9∙(S + W), кН/м


Третье сочетание усилий включает в себя усилия от постоянной и 2 снеговой нагрузок совместно с ветровой нагрузкой:


qIII= g + 0,9∙(S’ + W), кН/м


Таблица 2 - РСУ



Усилия


№ элем № сечен Тип РСУ Кран/сейсм Критерий N (кН) My (кН*м) Qz (кН) №№ загруж
1 1 2 - 2 -214.991 0.000 -69.687 1 2 3
1 2 2 - 2 -204.441 -149.395 -70.937 1 2 3
2 1 2 - 2 -215.427 -149.395 -20.480 1 2 3
2 2 2 - 2 -205.377 -197.354 -24.230 1 2 3
3 1 2 - 2 -205.740 -197.354 20.924 1 2 3
3 1 1 - 13 -146.436 -101.827 23.974 1 3
3 2 2 - 2 -198.040 -163.524 15.924 1 2 3
3 2 1 - 13 -138.736 -62.398 18.974 1 3
3 2 2 - 14 -109.278 -142.995 -2.337 1 2 4
4 1 2 - 2 -191.727 -163.524 52.099 1 2 3
4 2 1 - 2 -106.518 -128.391 12.671 1 2
4 2 2 - 13 -163.784 -107.332 25.486 1 2 3
5 1 1 - 2 -101.326 -128.391 35.210 1 2
5 1 2 - 13 -154.513 -107.332 60.002 1 2 3
5 2 1 - 1 -70.049 24.318 -2.830 1 3
5 2 1 - 2 -87.623 -66.032 14.910 1 2
5 2 2 - 18 -120.126 -24.738 9.057 1 2 3
6 1 1 - 1 -68.466 24.318 15.073 1 3
6 1 1 - 2 -80.953 -66.032 36.698 1 2
6 1 2 - 13 -113.875 -24.738 39.302 1 2 3
6 2 1 - 1 -58.071 22.494 -14.627 1 3
6 2 1 - 2 -71.223 -16.734 8.898 1 2
6 2 2 - 18 -97.906 8.960 -6.323 1 2 3
7 1 1 - 1 -59.859 22.494 -1.767 1 3
7 1 1 - 2 -67.631 -16.734 24.041 1 2
7 1 2 - 14 -56.445 21.695 -1.851 1 3 4
7 1 2 - 18 -96.968 8.960 14.928 1 2 3
7 2 2 - 2 -92.542 0.000 -21.957 1 2 3
8 1 2 - 2 -97.446 -32.344 33.083 1 2 3 4
8 1 2 - 13 -99.159 -32.032 33.188 1 2 3
8 2 2 - 2 -95.109 0.000 -0.561 1 2 3
8 2 2 - 13 -57.109 0.000 4.208 1 3 4
8 2 1 - 14 -63.827 0.000 -7.659 1 2
9 1 2 - 2 -114.963 -93.953 46.975 1 2 3 4
9 1 2 - 13 -116.659 -93.656 47.255 1 2 3
9 2 2 - 2 -102.286 -32.344 11.302 1 2 3 4
9 2 2 - 18 -103.982 -32.032 11.035 1 2 3
10 1 2 - 2 -148.647 -175.452 51.312 1 2 3
10 1 2 - 5 -146.936 -175.384 50.848 1 2 3 4
10 2 2 - 2 -123.129 -93.953 16.202 1 2 3 4
10 2 2 - 18 -124.840 -93.656 16.042 1 2 3
11 1 2 - 2 -173.461 -213.973 34.703 1 2 3
11 2 2 - 2 -156.191 -175.452 18.255 1 2 3
11 2 2 - 5 -154.420 -175.384 18.170 1 2 3 4
12 1 2 - 2 -184.585 -222.578 7.186 1 2 3
12 1 1 - 13 -124.167 -128.379 9.513 1 3
12 2 2 - 2 -176.885 -213.973 2.186 1 2 3
12 2 1 - 13 -116.467 -115.502 4.513 1 3
12 2 2 - 14 -109.627 -145.909 -2.110 1 2 4
13 1 2 - 2 -191.794 -155.701 -29.298 1 2 3
13 1 2 - 14 -189.955 -154.998 -29.323 1 2 3 4
13 2 2 - 2 -181.744 -222.578 -33.048 1 2 3
14 1 2 - 2 -189.942 0.000 -72.655 1 2 3
14 2 2 - 2 -179.392 -155.701 -73.905 1 2 3

Наибольшие усилия в элементах арки:

продольная сила N= - 215 кН;

поперечная сила Q= - 73,9 кН;

изгибающий момент М=